厭氧污水處理體系納米TiO2生態(tài)風(fēng)險研究

　　近些年來, 隨著納米材料的產(chǎn)量及應(yīng)用范圍的日益擴大, 納米顆粒進入環(huán)境后對人類健康及生態(tài)系統(tǒng)具有的潛在風(fēng)險也備受關(guān)注.這其中, 納米TiO2作為產(chǎn)量最大的納米材料之一, 因其獨特的物化特性, 在化妝品制造、半導(dǎo)體工業(yè)及水處理行業(yè)中都有廣泛地應(yīng)用.因而也有越來越多的學(xué)者著手研究納米TiO2的生物危害. Simonin等發(fā)現(xiàn)納米TiO2能顯著影響硝化菌及反硝化古菌的活性及豐度, 而亞硝酸鹽氧化菌的活性則基本不受納米TiO2投加量的影響. Leung等在比較納米TiO2和納米ZnO對E. coli的毒性作用時發(fā)現(xiàn)納米TiO2對E. coli的毒性更強, 并認(rèn)為這主要是由于納米TiO2能顯著抑制細(xì)胞膜上與清除超氧自由基(ROS)相關(guān)的抗氧化蛋白酶的正調(diào)控. Liu等則發(fā)現(xiàn)納米TiO2能破壞小球藻的光合膜結(jié)構(gòu), 進而導(dǎo)致藻細(xì)胞凋亡. Gu等在評估人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞在對納米TiO2暴露的響應(yīng)時發(fā)現(xiàn)納米TiO2并不會導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激現(xiàn)象, 即納米TiO2產(chǎn)生的ROS對人體細(xì)胞的氧化還原平衡尚不能造成顯著危害.上述結(jié)論盡管對納米TiO2對生物體是否具有抑制作用尚不能達成一致, 但足以說明不同生物體對納米TiO2的暴露具有不同的響應(yīng).

　　作為納米顆粒進入天然環(huán)境的最后“屏障”, 已有納米TiO2在污水處理系統(tǒng)中檢出的報道, 這些納米顆粒95%以上都會被活性污泥吸附并截留, 這將導(dǎo)致活性污泥中的Ti含量可能要比進入高幾個數(shù)量級.因此, 研究納米TiO2對各活性污泥處理工藝中的微生物的影響是十分必要的.鑒于納米TiO2在日化行業(yè)的大量使用, 研究適于處理日化工業(yè)廢水的厭氧顆粒污泥處理工藝對納米TiO2暴露的響應(yīng)尤為迫切.特別是在納米TiO2持續(xù)暴露下產(chǎn)甲烷菌群與其它功能菌群關(guān)系的變化, 將有助于深入認(rèn)識納米顆粒對厭氧處理系統(tǒng)的影響, 并對納米顆粒污染物的排放控制具有重要意義.然而, 目前現(xiàn)有研究多關(guān)注于短期暴露下納米TiO2對厭氧微生物的影響, 缺乏開展長期暴露的響應(yīng)研究.

　　因此, 本研究通過比較納米TiO2急性及長期持續(xù)暴露下對厭氧顆粒污泥體系影響的異同, 具體分析了納米TiO2對厭氧反應(yīng)器運行穩(wěn)定性的累積效應(yīng)及其在反應(yīng)器內(nèi)的歸趨, 結(jié)合厭氧顆粒污泥微生物種群結(jié)構(gòu)的變化, 以揭示納米TiO2對厭氧顆粒污泥微生物的抑制機制, 以期為應(yīng)對厭氧污水處理體系中納米TiO2的生態(tài)風(fēng)險提供理論支持和參考依據(jù).

　　1 材料與方法 1.1 厭氧顆粒污泥及納米TiO2的特性

　　試驗所用厭氧顆粒污泥來自于處理大豆蛋白廢水的EGSB反應(yīng)器, 并在小試ASBR反應(yīng)器中采用模擬廢水馴化一個月, 此時污泥最大比產(chǎn)甲烷活性為(1.08±0.03)g·(g·d)-1.經(jīng)分析污泥中Ti的背景值(以VSS計, 下同)為(1.7±0.3)mg·g-1.

　　其中, 模擬廢水中的主要成分有：葡萄糖(7 000 mg·L-1)、碳源及磷源(500 mg·L-1NH4Cl、26 mg·L-1 K2HPO4·3H2O、酵母浸粉及胰蛋白胨各0.25 mg·L-1)、pH緩沖劑以及參考文獻礦物質(zhì)培養(yǎng)基配置的微量元素液.

　　納米TiO2購自Sigma-Aldrich公司, 純度>99.5%, 平均粒徑為25 nm, 并用超純水制備2 g·L-1的納米TiO2貯備液, 在4℃下儲存.對儲備液中納米TiO2形貌的觀察結(jié)果如圖 1所示.可見, 納米TiO2顆粒以團聚體形式存在, 其尺寸約為(19.2±9.5)nm, 與MSDS描述基本一致.

圖 1 TEM下納米TiO2形貌圖

　　1.2 短期暴露試驗

　　考慮到目前納米TiO2在環(huán)境中的累積量及其持續(xù)擴大的使用范圍必將導(dǎo)致更多的納米TiO2向環(huán)境中釋放[8], 短期暴露試驗選用了5、30、150 mg·g-1這3種劑量來研究短期暴露下納米TiO2對厭氧顆粒污泥各代謝階段的影響.納米TiO2對產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段的影響分別用末端發(fā)酵產(chǎn)物(VFAs)濃度及總產(chǎn)烷量占對照組相同參數(shù)的相對百分含量來確定.產(chǎn)酸階段影響試驗以葡萄糖(2 000 mg·L-1)為碳源, 同時加入30 μL BES抑制產(chǎn)甲烷菌活性.分別將馴化好的顆粒污泥(2 g·L-1)、培養(yǎng)液及一定量的納米TiO2儲備液共40 mL加入150 mL血清瓶后, 氮氣吹脫5 min后用膠塞密封, 置于35℃±1℃的恒溫?fù)u床(110 r·min-1避光培養(yǎng), 2 d后測定各血清瓶中VFAs的濃度.產(chǎn)甲烷階段影響試驗與產(chǎn)酸階段影響試驗的過程基本相同, 但以乙酸鈉(2 000 mg·L-1)為碳源且不加入BES, 8 d內(nèi)固定時間間隔測定甲烷產(chǎn)量.累計產(chǎn)烷量試驗與產(chǎn)甲烷階段影響試驗的過程基本相同但采用葡萄糖(2 000 mg·L-1)為碳源.

　　1.3 長期暴露試驗

　　長期暴露試驗在兩個完全相同、有效容積為2.5 L的ASBR反應(yīng)器(R1和R2)內(nèi)進行.進水成分同上文模擬廢水, 反應(yīng)器水力停留時間為48 h.每24 h運行一個周期, 具體運行參數(shù)如下：進水10 min、沉降15 min、排水10 min, 其余為厭氧消化反應(yīng)時間.加入納米TiO2前, R1和R2先運行足夠長時間直至兩者出水參數(shù)差距在10%以下, 此時, 兩反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度約為6 g·L-1.隨后, 由蠕動泵隨進水向R2反應(yīng)器內(nèi)打入納米TiO2溶液(5 mg·L-1), R1則作為對照.長期暴露試驗共進行90 d.

　　通過每日測定pH值、VFAs的含量和成分、生物氣產(chǎn)量和成分、出水中納米TiO2及Ti4+的濃度來監(jiān)測反應(yīng)器運行效果.

　　1.4 熒光原位雜交(FISH)

　　本研究采用4種寡核苷酸熒光探針對厭氧顆粒污泥中特定的微生物種群進行定量分析, 探針信息見表 1.樣品的預(yù)處理則參考了文獻[14, 15]的方法.

　　表 1 FISH中用到的熒光探針

　　為確定上述微生物的相對豐度, 將樣品繼續(xù)進行DAPI染色.在FV10i激光共聚焦顯微鏡下進行觀察, 將雜交呈陽性的細(xì)胞與同視野下總活細(xì)胞數(shù)的比值定為該類微生物的相對豐度.

　　1.5 其它分析方法

　　COD、SS、VSS及pH等的測定都采用標(biāo)準(zhǔn)方法.生物氣及VFAs的含量及成分采用氣相色譜法測定.出水及污泥經(jīng)預(yù)處理后[7], 其中的Ti元素采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)測定.

　　長期暴露試驗結(jié)束后, 從R1及R2反應(yīng)器底部隨機采集10批厭氧顆粒污泥樣品, 參照Alphenaar等[18]的方法對污泥進行預(yù)處理后, 在掃描電鏡(SEM)下觀察污泥對納米TiO2的吸附及污泥形貌的變化, 并利用X射線能譜儀(EDX)對樣品進行元素成分分析.

　　2 結(jié)果與討論 2.1 納米TiO2對厭氧顆粒污泥產(chǎn)甲烷過程的短期影響

　　簡單底物的厭氧消化主要經(jīng)過產(chǎn)酸階段和產(chǎn)甲烷階段兩個過程, 因此, 本文首先分別研究了在不同劑量納米TiO2的短期暴露下, 厭氧產(chǎn)酸階段VFAs及產(chǎn)甲烷階段總產(chǎn)烷量的影響, 結(jié)果見圖 2.從中可見, 即使納米TiO2的劑量達到150 mg·g-1, 各VFAs產(chǎn)量及產(chǎn)烷量都與對照組沒有明顯差別(P>0.05), 說明高劑量納米TiO2的短期暴露對厭氧顆粒污泥中微生物的代謝不會產(chǎn)生顯著抑制. Gonzalez-Estrella等的試驗結(jié)果也同樣證實了高達1500 mg·L-1的納米TiO2的短期暴露對厭氧消化過程不會產(chǎn)生抑制作用.這一現(xiàn)象可能緣于兩方面的原因：首先, 厭氧顆粒污泥對各種化學(xué)物質(zhì)的沖擊負(fù)荷都具有非常好的抵抗能力, 它致密的結(jié)構(gòu)和良好的沉降性能可大大減少包裹在胞外聚合物(EPS)內(nèi)部的產(chǎn)酸菌及產(chǎn)甲烷菌與進水中化學(xué)物質(zhì)的接觸幾率; 此外, 納米TiO2的急性毒性一般被認(rèn)為主要來自于其在氧氣及光照存在時所釋放的ROS, ROS能擾亂生物細(xì)胞內(nèi)的新陳代謝, 損傷細(xì)胞抗氧化功能進而破壞胞內(nèi)脂類、蛋白質(zhì)、多糖及DNA等物質(zhì); 而本試驗均是在無氧的暗環(huán)境下進行的, 極大限制了ROS的產(chǎn)量, 這也是納米TiO2對厭氧消化過程具有低急性毒性更重要的原因.而上述試驗結(jié)果對采用厭氧顆粒污泥工藝的城市污水廠應(yīng)對高納米TiO2進水沖擊時也具有一定指導(dǎo)意義, 即如果及時采取處理措施, 納米TiO2進水沖擊負(fù)荷不會對系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生明顯影響.

(a)產(chǎn)酸階段; (b)產(chǎn)甲烷階段

圖 2 納米TiO2短期暴露對厭氧顆粒污泥產(chǎn)酸階段及產(chǎn)甲烷階段的影響

　　盡管上述試驗證明, 納米TiO2對產(chǎn)酸階段及產(chǎn)甲烷階段這兩個獨立過程沒有明顯影響, 但實際厭氧消化過程中上述兩階段是相互融合彼此協(xié)調(diào)的.因此, 通過累積產(chǎn)烷量隨時間的變化情況考察了納米TiO2對完整的厭氧消化產(chǎn)烷過程的影響, 結(jié)果見圖 3.可見, 無論是單獨考慮產(chǎn)烷過程還是厭氧消化完整過程, 納米TiO2對最終產(chǎn)烷量都沒有明顯影響, 但值得注意的是, 150 mg·g-1的納米TiO2使累積產(chǎn)烷量在第2 d即明顯滯后于其它試驗組及對照組(P<0.05), 直到第6 d之后產(chǎn)烷量才與其它試驗組接近.這說明, 盡管高劑量納米TiO2的短期暴露不會損害產(chǎn)甲烷菌的代謝能力, 但可使其產(chǎn)烷速率減慢, 結(jié)合納米TiO2短期暴露同樣未對產(chǎn)酸菌代謝能力產(chǎn)生明顯抑制的結(jié)論(圖 2), 可推斷產(chǎn)烷速率的暫時性下降主要是傳質(zhì)速率的降低, 即高劑量納米TiO2阻礙了厭氧顆粒污泥中微生物維持原本的代謝速率, 這可能是由于大量納米TiO2堆積在顆粒污泥表面占據(jù)了污泥表面的活性點位, 從而阻礙了營養(yǎng)物質(zhì)向顆粒污泥內(nèi)部的擴散.

*表示與對照組有明顯差異

圖 3 納米TiO2對累積產(chǎn)甲烷量的影響

　　2.2 納米TiO2對厭氧顆粒污泥產(chǎn)甲烷過程的長期影響

　　盡管短期暴露試驗說明, 納米TiO2沖擊負(fù)荷不會厭氧顆粒污泥中的微生物產(chǎn)生明顯抑制作用, 但上述結(jié)論并不一定適用于解釋納米TiO2對持續(xù)運行的厭氧污水處理系統(tǒng)的累積影響.因此, 為了考察納米TiO2對的長期影響, 本研究連續(xù)監(jiān)測了厭氧顆粒污泥反應(yīng)器在納米TiO2長期暴露下的運行情況, 結(jié)果如圖 4所示.

圖 4 納米TiO2對厭氧顆粒污泥反應(yīng)器運行穩(wěn)定性的長期影響

　　納米TiO2的長期作用使得R2反應(yīng)器內(nèi)的VFAs呈現(xiàn)出不同的變化趨勢.乙酸是唯一能被產(chǎn)甲烷菌作為底物直接利用的VFAs, 因此, R2反應(yīng)器內(nèi)乙酸濃度與R1接近且都保持了較低的水平暗示了兩個反應(yīng)器內(nèi)的產(chǎn)甲烷菌都能夠有效地代謝乙酸.換句話說, 與短期暴露試驗結(jié)果相近, 納米TiO2的長期作用對產(chǎn)甲烷菌的影響并不明顯.運行35 d后R2反應(yīng)器內(nèi)的丙酸濃度開始高于R1反應(yīng)器且差距持續(xù)拉大, 說明R2反應(yīng)器內(nèi)丙酸氧化菌群(即產(chǎn)乙酸菌)生長受抑制, 這一般被認(rèn)為是厭氧反應(yīng)器運行不穩(wěn)定的標(biāo)志之一, 這也說明產(chǎn)乙酸菌對納米TiO2的長期暴露要比產(chǎn)甲烷菌更加敏感.但R2反應(yīng)器內(nèi)丁酸積累直到運行50 d后才出現(xiàn)且直至試驗結(jié)束也沒有超過75mg·L-1, 似乎暗示著食丁酸產(chǎn)乙酸菌的代謝受納米TiO2的影響并不像食丙酸產(chǎn)乙酸菌那樣明顯. Collins等和Schmidt等的研究結(jié)果同樣證實了食丁酸產(chǎn)乙酸菌在不良環(huán)境沖擊下代謝速率要高于食丙酸產(chǎn)乙酸菌, 因為氧化丁酸的過程中能產(chǎn)生更多的能量且食丁酸產(chǎn)乙酸菌對化學(xué)物質(zhì)沖擊的適應(yīng)能力更強.反應(yīng)器運行超過一個月后才出現(xiàn)丙酸和丁酸積累也說明, 用短期暴露試驗來研究納米顆粒對厭氧體系的長期累積效應(yīng)是具有一定局限性的.

　　經(jīng)過90 d的運行, R2反應(yīng)器內(nèi)的產(chǎn)氣量和甲烷產(chǎn)率分別下降了30.70%和14.01%, 且產(chǎn)氣量的下降(第24 d)明顯早于甲烷產(chǎn)率的下降(第51 d), 即納米TiO2對CO2和H2產(chǎn)量的抑制相較于CH4不僅更早而且更顯著, 這表明納米TiO2對產(chǎn)酸菌具有更顯著的抑制作用, 這一現(xiàn)象也與圖 4中VFAs的試驗結(jié)果一致.

　　鑒于短期及長期暴露試驗都證明了納米TiO2對產(chǎn)烷過程影響不明顯, 考慮到本試驗條件下基本限制了納米TiO2生成ROS及納米TiO2極低的溶解度[7], 即排除了ROS或金屬離子釋放導(dǎo)致的抑制作用, 再結(jié)合上述“納米TiO2長期暴露對產(chǎn)酸菌比對產(chǎn)甲烷菌的抑制更明顯”的試驗結(jié)果, 可推斷納米TiO2對厭氧顆粒污泥的抑制機制主要發(fā)生在顆粒污泥外層, 是一種“物理遮蔽”作用.一般認(rèn)為, 厭氧顆粒污泥內(nèi)的功能菌群是層狀分布的, 即外層主要為產(chǎn)酸菌而內(nèi)層則分布著產(chǎn)甲烷菌[9].鑒于本試驗中納米TiO2的團聚體尺寸超過了66 nm(圖 1), 只可能被截留在顆粒污泥表面或外層, 因此只有位于外層的產(chǎn)酸菌有機會接觸到納米TiO2, 而逐漸被顆粒污泥所吸附的納米TiO2則可能通過占據(jù)活性點位、降低污泥與基質(zhì)的接觸面積或者阻塞物質(zhì)代謝通道等方式在產(chǎn)酸菌與液相間建立起一道物理屏障阻礙產(chǎn)酸菌對營養(yǎng)物質(zhì)的攝入.此時, 顆粒污泥的層狀結(jié)構(gòu)具有雙重作用, 一方面納米TiO2通過改變外層產(chǎn)酸菌附近的微環(huán)境條件干擾了產(chǎn)酸菌的正常代謝; 另一方面, 外層產(chǎn)酸菌為處于顆粒污泥內(nèi)部的產(chǎn)甲烷菌提供了保護屏障以遠(yuǎn)離因納米TiO2長期暴露導(dǎo)致的外界不良環(huán)境.

　　2.3 納米TiO2在厭氧反應(yīng)器內(nèi)的歸趨

　　為確定納米TiO2在厭氧反應(yīng)器內(nèi)的歸趨, 對R2反應(yīng)器出水中的化合態(tài)(TiO2)及離子態(tài)(Ti4+)的Ti含量進行了測定, 結(jié)果如圖 5所示.

水平線表示測試指標(biāo)平均含量

圖 5 出水中納米TiO2及溶解性Ti4+的濃度

　　由圖 5(a)結(jié)果可見, 出水中TiO2的平均含量只有0.632 mg·L-1, 說明絕大多數(shù)納米TiO2都被厭氧顆粒污泥截留在了反應(yīng)器內(nèi). Gómez-Rivera等[25]和Lombi等在研究納米顆粒在污水處理構(gòu)筑物中的歸趨時同樣發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)納米顆粒會被活性污泥所截留.但隨著運行時間的延長, 出水中TiO2的含量有增高的趨勢.這可能與納米TiO2的團聚特性和R2反應(yīng)器內(nèi)微環(huán)境條件隨暴露時間延長有所變化有關(guān).有研究表明, 液相中的有機物成分能明顯改變納米顆粒的團聚行為.因此, R2反應(yīng)器內(nèi)VFAs的積累不僅是納米TiO2長期暴露的結(jié)果, 同時也能反作用于納米TiO2的團聚、遷移及沉降行為.由于納米TiO2吸附了更多的有機酸, 使得顆粒之間的靜電斥力和空間位阻增大, 進而阻礙了顆粒的聚集, 增強了納米TiO2在液相中的穩(wěn)定性[28].另一方面, VFAs的積累將導(dǎo)致pH值有所下降, 從而使液相pH值更加遠(yuǎn)離納米TiO2的等電點, 范德華引力降低而靜電斥力增加, 納米顆粒的聚集體尺寸減小, 從而進一步增強了納米TiO2隨出水遷移的能力.

　　圖 5(b)表明納米TiO2的溶解度極低, 納米TiO2的溶解行為與暴露時間無關(guān), 也證實了之前的猜測, 納米TiO2對厭氧顆粒污泥的抑制作用與Ti4+釋放無關(guān), 這也與之前的多項研究結(jié)果一致.

　　2.4 納米TiO2長期暴露下厭氧顆粒污泥形貌及種群動態(tài)的變化

　　SEM-EDS分析可直觀反映納米TiO2是否可被厭氧顆粒污泥所截留.長期暴露試驗結(jié)束后, R2反應(yīng)器內(nèi)的顆粒污泥樣品SEM圖像[圖 6(a)]顯示了顆粒污泥表面沉積了多個顆粒團聚體, 而EDS分析證實所觀察到的顆粒物即為TiO2.掃描電鏡圖像還反映出納米TiO2長期暴露后顆粒污泥形貌的變化. R1反應(yīng)器內(nèi)的污泥樣品表面均勻覆蓋了EPS, 且大量的具有產(chǎn)酸菌典型形態(tài)的絲狀、棒狀及不規(guī)則球狀細(xì)菌被包裹在EPS內(nèi)[圖 7(a)].而R2反應(yīng)器的污泥樣品出現(xiàn)了局部EPS剝落, 細(xì)菌直接暴露在了外部, 表明顆粒污泥外層結(jié)構(gòu)受損[圖 7(b)], 這也間接證明了上文“納米TiO2的長期暴露會對位于顆粒污泥外層產(chǎn)酸菌產(chǎn)生一定抑制作用”的結(jié)論.

圖 6 納米TiO2長期暴露后厭氧顆粒污泥表面的掃描電鏡及能譜分析圖

(a)、(b)分別代表R1及R2反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥形貌

圖 7 納米TiO2長期暴露下厭氧顆粒污泥形貌的變化

　　為考察納米TiO2長期暴露對厭氧顆粒污泥微生物的種群結(jié)構(gòu)的影響, 本研究中分別采用不同的特異性探針對兩反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥中的真細(xì)菌、古細(xì)菌、產(chǎn)甲烷絲菌和產(chǎn)甲烷八疊球菌進行檢測, 以確定其相對數(shù)量關(guān)系, 結(jié)果如表 2所示.

　　表 2 納米TiO2對厭氧顆粒污泥微生物種群結(jié)構(gòu)的長期影響/%

　　經(jīng)過90 d的納米TiO2暴露后, R2反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥中的總活細(xì)胞、真細(xì)菌及古菌含量沒有明顯變化, 說明納米TiO2長期暴露對產(chǎn)酸菌及產(chǎn)甲烷菌都沒有明顯的致死效應(yīng), 側(cè)面證實了前述“厭氧條件下納米TiO2的抑制作用主要來自于物理遮蔽效應(yīng)”的推論.

　　甲烷絲狀菌和甲烷八疊球菌是最主要嗜乙酸產(chǎn)甲烷菌, 鑒于厭氧體系內(nèi)70%以上的甲烷都來自于嗜乙酸產(chǎn)甲烷菌, 因此在正常運行的厭氧顆粒污泥反應(yīng)器內(nèi), 這兩種產(chǎn)甲烷菌一般占優(yōu)勢地位.納米TiO2的長期暴露使產(chǎn)甲烷古菌的種群結(jié)構(gòu)和相對豐度發(fā)生了比較明顯的變化：甲烷絲狀菌減少了19.4%, 而甲烷八疊球菌的含量則大幅增加了115.6%.可見納米TiO2使得顆粒污泥內(nèi)的微環(huán)境更適于甲烷八疊球菌的生長.這也可以從這兩種產(chǎn)甲烷菌不同的生理生態(tài)特性角度解釋.盡管R2反應(yīng)器內(nèi)的乙酸濃度更低, 更適于具有高基質(zhì)親和性的甲烷絲狀菌生長, 但須注意的是, 乙酸濃度的減少不僅是嗜乙酸產(chǎn)甲烷菌代謝的結(jié)果, 同樣也是產(chǎn)乙酸菌代謝受抑的表現(xiàn).而甲烷絲狀菌能利用的底物只有乙酸, 因此當(dāng)乙酸濃度不足時, 甲烷絲狀菌的生長會受到一定限制, 而甲烷八疊球菌可利用的基質(zhì)種類更多, 在某一底物濃度不足時可轉(zhuǎn)而利用其它底物生長, 更強的底物適應(yīng)能力保證了其能在產(chǎn)乙酸菌受抑制時仍維持正常生長.從顆粒污泥本身的結(jié)構(gòu)來講, 由于納米TiO2是從顆粒污泥外部干擾菌群正常代謝的, 因此顆粒污泥有減小其比表面積來減少與納米TiO2接觸的趨勢, 而甲烷八疊球菌能比甲烷絲狀菌分泌出更多的EPS, 因此甲烷八疊球菌為主的厭氧顆粒污泥結(jié)構(gòu)更加密實, 具有更小的孔隙度, 能有效地將納米顆粒摒除在污泥外部.不僅如此, EPS也能補償納米TiO2所占據(jù)的活性點位, 并藉由這些活性點位來運輸?shù)孜? 彌補產(chǎn)酸菌代謝受抑造成的EPS分泌量不足[圖 7(b)].

　　3 結(jié)論

　　(1) 低于150 mg·g-1納米TiO2的短期暴露對厭氧顆粒污泥的產(chǎn)酸階段及產(chǎn)甲烷階段的代謝產(chǎn)物總量沒有明顯影響, 但納米TiO2的沖擊負(fù)荷會減慢產(chǎn)烷速率.具體參見污水寶商城資料或http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　(2) 納米TiO2的長期持續(xù)暴露對厭氧顆粒污泥反應(yīng)器的運行穩(wěn)定性有負(fù)面影響, 出水指標(biāo)顯示產(chǎn)酸菌的代謝受抑比產(chǎn)甲烷更明顯, 納米TiO2對厭氧顆粒污泥的抑制機制是“物理遮蔽”作用與顆粒污泥的層狀結(jié)構(gòu)共同作用的結(jié)果, 污泥外層的產(chǎn)酸菌為內(nèi)部的產(chǎn)甲烷菌提供了有效的保護.

　　(3) 出水中TiO2的平均含量只有0.632 mg·L-1, 絕大多數(shù)納米TiO2都被截留在了反應(yīng)器中, 納米TiO2的團聚特性和反應(yīng)器內(nèi)微環(huán)境條件的變化能夠影響納米TiO2的歸趨.

　　(4) 納米TiO2的長期持續(xù)暴露能夠破壞污泥表面覆蓋的EPS; 盡管納米TiO2對厭氧顆粒污泥中的各功能菌群沒有明顯的致死效應(yīng), 但能夠改變顆粒污泥中產(chǎn)甲烷菌的群落結(jié)構(gòu).